无级自动变速器 本发明涉及一种变速器，特别是用于汽车及其它机械中的一种无级自动变速装置。
目前现有汽车上装用的机械式变速器，按照操纵方式的不同，有手操纵式、自动操纵式和半自动操纵式；按照传动比变化特性，可分为有级和无级式变速器，而无级变速器又有机械传动和液力传动之分。
手操纵的变速器，有一个操作技术要求和浪费发动机功率及操纵费利的问题。对重型载重汽车，仍然用人力操纵是不可设想的。对小客车和某些微型汽车，为了从根本上简化操纵和提高轻便性，也有采用自动变速或使普通变速器实现自动或半自动的。
机械式无级变速器有摩擦轮式和皮带式两种，由于传动效率不高和不适宜传递大的力矩，目前只在个别小型汽车上被采用(如“打夹”微型汽车皮带自动无级变速器)。除此之外，在有些重型汽车及高级轿车上采用的液力变扭器，能够起到一定的无级变速作用，但由于变速范围窄，传动效率低，实际采用的几乎都是和机械式变速器联合使用，组成所谓液力机械变速器，由此造成体积庞大造价增高。
以上介绍的各种现有无级变速器的缺点是显而易见的，不能够普通推广应用。现在广范应用的有级式变速器，为了使发动机的功率得到更多的有效利用，可在最低档和最高档之间增设档数，以减小级差。第一汽车制造厂引进的日本日野公司TS—53(LF068-CB)型六档同步变速器就是实例。(现应用在近期生产产的解放141车上。最先生产的解放141汽车是五档变速器)。然而这种措施是有限度的，档数越多，机体就越大，制造成本也越高；档数越多，换档越频繁，不但使操纵困难加大，而且还易使换档齿轮造成不正常磨损，使齿长变短并出现锥度，进而使变速器产生掉档，更甚者不能传动。为了换档时减轻齿轮的撞击磨损，有级式变速器一般都安装有换档同步器，但由于换档频繁，使同步器磨损甚快、换件维修率高。
本发明的目的是克服公知各种变速器的缺点，获得一种体积小、结构简单、传动效率高、变速范围宽而柔顺，用途广范的齿轮式无级自动变速装置。
本发明的目的是这样实现地：它主要由中心轴、中心轮、行星惰轮、行星轮、阻力机构、轮架、单向离合机构、环轮及其与环轮钳接的其它传动机构和壳体、壳盖及操纵机构等组成。其特征是中心轴与中心轮为一体或一组合体，轴的前部设有适应与各种动力输入机构钳接的结构。至少有一个或若干个行星惰轮与一个或若干个行星轮相啮合，并通过各自的轴或轴承固定在轮架上，同时至少有一个或若干个阻力机构也安装在轮架的相应位置上，以其使行星惰轮及行星轮产生直接或间接的转动阻力，其转动阻力值的大小可根据本发明用于机械的类别或型号的需要而定。此阻力机构由转动部分和固定部分组成，转动部分的部件与固定部分的部件的接触，是一种具有一定弹力值(其弹力值大小同样可根据本发明用于机械的类型或型号而定)的滚动体或滑动体的接触。转动部分可以是齿轮的齿与设在其周围相应的具有一定弹力值的固定部分的部件滚动或滑动按触；也可以在轮轴上设置出凸轮或偏心轴及偏心滚动体，以及在轮的径向或轮轴的径向上设置上双滚轮或若干滚轮及其类似滚动体等与设置在其周围的相应的具有一定值弹力的固定部分部件滑动或滚动接触。而固定部分的部件可以是具有弹力机构的滚轮，也可以是具有弹力机构的柱塞，还可以是具有弹力机构的滑板、滑块状物，或弹簧片、弹簧丝，及类似物等，与设在其中间的相应的转动部分的部件滚动或滑动接触。固定部分的弹性部件也可设置在转动部分的轮体上或轮轴上，而转动部分的部件同样也可设置在固定部分上；而轮架连同装于其上的行星惰轮、行星轮、阻力机构，通过轴承套装在相应轴径上，并使行星惰轮对正啮合于中心轮上。单向离合机构用于控制轮架，使轮架只能朝单一方向转动或不作转动。此机构也由转动部分与固定部分组成。转动部分与轮架为一体件或一组合体件设置在轮架上。而固定部分设置在壳体的相庆位置上，与壳体为一体，或组装在壳体上。此单向离合机构(类似超越离合器)，可以采用棘轮式、滚柱式或滚珠式等。环轮通过轴或轴承及其类似物支承套装啮合于行星轮上，并使其与中心轮在同一轴线上；环轮是一内齿轮或外齿轮被行星轮带动并输出无级自动变速后的转速。根据各种结构传动的需要和各种动力输出的要求，环轮上的动力输出部分，可设计出多种结构方案，如可在环轮上直接或间接的设置上动力输出轴、轴承孔径、内齿轮、外齿轮、齿套、齿座、内、外花键，发兰盘及连接用螺孔、螺杆等。以适应与各种传动机构部件钳接。
本发明的其它结构：在中心轴上或轴前部设置上增速或减速齿轮机构，可提高或降低中心轴的输入转速；在环轮上或环轮后部设置上增速或减速齿轮机构，可使输出转速高于或低于环轮的转速；阻力机构的转动部分可设置在行星惰轮或行星轮的轮体上或轮轴上，也可设置在由行星惰轮或行星轮带动的其它的转动体上。轮架可以设计成为单轮架，也可设计成为一体的双侧架或组合为双侧架；在环轮的后部设置上正转或反转的换档机构可得到正反两个方向的转速；在环轮后部的中心设置上齿轮做为另一无级自动变速的中心轮，由此可推断，本发明可做成为若干级，使之成为超无级自动变速器。
本发明的优点是：如用于汽车，能充分利用发动机功率。汽车行驶的快慢，由驾驶员用油门直接控制，不需操纵，容易驾驶，使汽车前进与后退具有同等的无级自动的变速范围。遇有上坡或遇有较大行驶阻力时，能自动增加扭矩力。行驶阻力减小时能自动增加车速，进而提高了汽车的平均车速及经济性能，而且驱动平稳柔顺，无冲击，有利于延长汽车的使用寿命，尤其对离合器，由于没有频繁的换档，可使离合器的寿命提高若干倍；有利于安装上自动离合器，使安装自动离合器的汽车更能减轻驾驶员的体力劳动，还可省去离合器踏板，实现“双踏板”操纵，使汽车驾驶操纵更为简化，这将大大缩短驾驶员的培训时间和提高汽车行驶的安全性。本发明寿命耐久，且和普通有级式变速器体积相当，在普通有级式变速器的汽车不做任何大的改动情况下，可安装上为之设计匹配的无级自动变速器，如用于内燃机车，可使机车的传动系大为简化。总之本发明是各种机械，特别是运输机械中最为理想的更新换代产品，具有广泛的应用价值。
本发明结合用于汽车上的一具体结构的实施例及其附图加以说明。
图1是本发明的一结构图。
图2是本发明的原理图。
由图1、图2可知，中心轴22与中心轮23为一体件或一组合体件，中心轴22的前部同现有普通有级式变速器的第一轴的前部一样，也设有前轴承轴径、滑键及后轴承轴径，以便使发动机的动力通过离合器传入中心轴22，和将中心轴22通过后轴承安装于壳体38上之用。在中心轴22后轴承轴径的后部(也就是进入到壳体里的部分)，中心轮23的两端部设有装配前侧架14和后侧架27的滚柱轴承28的轴径，以及环轮5轴承29的轴径和动力输出轴36的前内轴承35的轴径。
轮架14、27由前侧架14和后侧架27通过行星惰轮轴21及行星轮轴16用螺帽24、6紧固组成，当然还可以另外设加紧固件，以增强紧固。两侧架14、27的中心都设有安装滚柱轴承的孔径，两轴承孔径的内侧都加工有止口，以防滚柱内窜。靠近孔径的外围设有三个等距的安装行星惰轮轴21用的孔径，再靠外还设有三个等距的安装行星轮轴承15用的孔径。以此孔为中心的两侧架的里侧，都加工有安装阻力机构的片簧固定架9的凹型圆坑，其深度，以使片簧固定架9的圆型盘装入在此凹型圆坑内与轮架14、27的内侧面平齐为宜。在凹型圆的圆周上均等加工有三个安装片簧固定架9及行星轮轴承盖7用的通孔。在前侧架14的外圆周上设有棘轮式单向离合机构的棘轮齿13。前侧架14和后侧架27通过行星惰轮轴21及螺帽24和行星轮轴16及螺帽6或其它类似紧固件组合后紧固为一体。
三个行星惰轮19各自通过滚针轴承20装配到轮轴21上。轮轴21的两外侧各加工有止口，止口外加工有装配到轮架14、27上用的轴径(其应为过盈配合)及丝扣，以便用螺帽24紧固在轮架14、27上。
三个行星轮12各自与轴16为一体件(也可组合为一体件)，行星轮12为幅板式齿轮，在轮的两侧凹进去的轴16上加工有相对应的偏心轴径17，以装配阻力机构的转动部件的滚轮18之用。在两侧偏心轴径17的外侧加工有止口，止口外加工有装配行星轮轴承15用的轴径及丝扣，以便将轴承15通过轮轴16上的丝扣用螺帽6紧固在轮轴16上。
六个规格相同的行星轮轴承压盖7，其压盖类似中间带孔的圆平垫，其上各加工有三个等桓的紧固用孔径。
六个阻力机构9、10、11、16、17、18各由两部分构成，其中与行星轮轴16一体的偏心滚轮18为转动部分。片簧11、片簧保持架10、片簧固定架9为固定部分。滚轮18类似装配在偏心轴17上的轴承，由外皮通过滚柱或其它滚动体装配到偏心轴17上。偏心轴17与行星轮12及轮轴16为一体件或一组合体件；片簧保持架10，类似一端带有法兰盘的短管，管上加工有若干个安装片簧11的槽，槽的深度大于片簧11的宽度，槽的宽度以能使片簧的弯处静配合的装入为准。在法兰盘的径向加工有三个等距的径向凸出块。片簧11加工成为具有一定的(约45°-90°左右较好)弯度形状，分为固定端和弹力工作端，其固定端加工成与保持架10的管状外圆弧度一样。片簧固定架9也类似一端带有法兰的管，不过管为另一端的内圆上带有一环形台，法兰盘上加工有三个等距的带有丝扣的通孔，以通过螺丝8将其紧固安装到轮架14、27上之用，在法兰盘的内圆上加工有三个等距的扁槽，槽的宽度以能够使片簧保持架10法兰盘的三个凸出块静配合的装入为准，槽的深度等于凸出块的厚度，槽的长度大于凸出块的长度。片簧固定架9的管及管上的环形台的内径，以能把安装有片簧11的保持架10用较小的过盈量装入、环形台能压盖到片簧11及保持架上为准，以防片簧脱出；此阻力机构的固定部分9、10、11，也可不用片簧固定架9，而直接在片簧保持架10的管形壁及片簧11的固定端上钻孔，然后将片簧11用螺丝或铆钉直接紧固在保持架10上，在保持架10的法兰盘上加工出安装时用的三个等距的丝孔。当然关于片簧11的形状和固定的方法还有若干种，不过片簧11安装后，其工作接触端应斜向偏心轴17的转动方向，以使滚轮18工作柔顺而无噪声。综上所述，此阻力机构分为两部分：滚轮18为偏心转动部分。而片簧11、片簧保持架10、片簧固定架9为固定部分。装配后滚轮18偏向一面，使其对应的片簧11被压缩，当偏心轴17转动的同时，使滚轮18在片簧11上滚动并继续压缩其前部的片簧11，同时产生一定值的反作用力。此反作用力反映在行星隋轮19和行星轮12上，使此轮转动费力，即是转动阻力。
棘轮式单向离合机构13、14、25、26、37、38由两部分组成，一部分与外圆加工有棘轮齿13的前侧架14一体的为转动部分的棘轮。而另外由一个或若干个相对应的棘爪25和爪轴26及爪簧37对应棘轮齿13安装在壳体38的相应部位上，为固定部分。当棘轮(前侧架14)转动时，只能朝单一的方向转动。当遇有较大阻力时，棘爪25在爪簧37的作用下将及时卡住棘轮(前侧架14)，而不使其反向转动。棘爪轴26的一端设有防止装配后窜动的卡槽。
环轮5为幅板式内齿轮，在幅板式内齿轮的后部中间设有倒档主动齿轮30和前进档滑键式齿座31，三位一体于同一轴线上，其中心加工有安装滚针轴承29用的轴承孔径，并在其孔径的前端加工有止口，以防滚针29窜出。
动力输出轴36的前部加工有滑键33和前轴承35孔径，用以安装换档齿轮34并和中心轴22通过滚针轴承35装配连接这用。滑键33的后部加工有后轴承轴径，以使动力输出轴36通过后轴承装配到壳体38上之用。动力输出轴36的后轴承轴径以及壳体以外的其它结构和现有有级式变速器的结构基本一样，为了节约篇幅在此不多做叙述。
换档齿轮34通过其上的滑键装配在动力输出轴36上，其前部还设有前进档齿套，其齿套是由换档齿轮34的内滑键直接代替，在前部的外圆周上还设有换档拨叉槽，换档拨叉32装叉入换档槽中。槽的后部是倒档换档齿轮。
倒档齿轮是倒档常啮齿轮4与倒档不常啮齿轮2为一连体齿轮，称为倒档齿轮，其上中心加工有装配滚针轴承3及轴承隔套用的孔径(也可将其齿轮和轴设计成为一体的齿轮轴结构)。倒档齿轮轴1的后部加工有防止轴1窜动的卡槽，倒档齿轮2、4通过其两侧的滚针轴承3及轴承隔套装于倒档齿轮轴1上，轴1有一定过盈量的装配到倒档主动齿轮30和换档齿轮34的正下方的壳体38上，并使倒档常啮齿轮4对正啮合于倒档主动齿轮29上。倒档齿轮2、4安装位置也可根据本发明用于其机械的需要而定。
壳体38的形状应根据其传动结构的排列方式而定，而本实施例的壳体38由上往下看应类似一凸字形外，其它结构与现有有级式变速器的壳体基本类似，根据其传动结构和装配安装的需要，壳体38前后两侧壁上也加工有同心的中心轴22后轴承孔径和动力输出轴36的后轴承孔径，两孔径的外圆周同样也都加工有安装轴承压盖用的丝孔。在壳体38里的中间下部，也就是壳的宽度部分与壳的窄度部分的结合处的下部，设有一短隔板，隔板的前侧面与宽度部分的左右里侧面平齐。在后窄部分的壳体38的动力输出轴36的轴承孔下部和壳中间的短隔板上加工有安装倒档齿轮轴1用的同轴孔径，在其后孔径的一侧加工有安装倒档齿轮轴1锁片用的丝孔。根据需要应在前部大宽度部分的壳体38的靠近至少一个角或四个角的前后壁的相应位置纵向加工有安装爪轴26用的同心孔径，并在后孔径的一侧加工有固定爪轴26锁片用的丝孔。在壳体38的相应位置上还加工有固定棘爪片簧37的丝孔及其紧固壳盖的丝孔。壳体38安装到发动机飞轮壳上用的四个孔径，根据装配需要可在壳体38的前面的适当位置设置上伸出部分并在其伸出部分上加工出。
壳盖具有与壳体38上平面相同的形状，其外周加工有与壳体38上平面的丝孔数量相等而对应的紧固用孔径，换档操纵机构安装在其上。操纵机构可以是自动操纵式或手动操纵式，本实施例为手动操纵式。在壳盖的中部下侧面的纵向上，设有两个相对应的吊耳，其吊耳与壳盖为一体或通过紧固件组合为一体都可以，吊耳中间为一长方形透孔，两吊耳上加工有安装换档杆及换档拨叉32用的同轴孔径及六个安装换档拨叉32定位弹簧和定位钢球用的相对应的孔径，此孔径的外侧都加工有安装定位弹簧调整螺丝用的丝扣。根据需要，在吊耳后部可加工上安装倒档报警开关的丝扣。
换档杆与换档拨叉32为一体或一组合体件。换档拨叉32可加工成为大于换档齿轮34半径的圆弧形状。其圆弧两端各加工有安装换档拨块销轴用的孔径。换档拨块类似带有与换档拨叉槽底相应弧度的小长方体，其中间加工有一埋头通孔，并通过类似埋头螺丝的销轴用螺帽紧固或铆接在换档拨叉32的两端孔径上，并使换档拨块在其销轴上转动自如。换档杆与换档拨叉的连接处，设有一圆形板，其上两侧面的相应位置上各加工有三个深度与定位钢球半径相同的小坑，装配后与吊耳上的定位钢球及定位弹簧配合对换档拨叉32及换档杆进行换档定位。在圆形板的中间还加工有轴销孔径，孔中装有衬套，以此孔通过轴销将换档杆及换档拨叉安装于壳盖的吊耳上。在圆形板的后部还设有凸出块，以用于倒档时触开倒档报警开关。
本发明的另一结构与上述结构的不同点：轮架上的行星惰轮19与行星轮12同轴，为一连体齿轮，行星惰轮19直径大于行星轮12。环轮为一外齿轮，同样通过与中心轴同一轴线的轴或轴承套装并啮合于行星轮的里侧。
工作原理：当汽车向前开动时，驾驶员操纵换档杆向后，使换档拨叉32由空档位置向前拨动换档齿轮34，并使其内滑键套入前进档齿座31上。此时发动机的动力径离合器传入无级自动变速器的中心轴22，然后由轴上的中心轮23通过行星惰轮19传给行星轮12，并由行星轮12带动环轮5，使环轮5通过换档齿轮34的滑键带动动力输出轴36转动并输出动力。由于汽车才开动或重载上坡，汽车的行驶阻力最大，同时反映在环轮5上的转动阻力也最大，此时，轮架14、27在单向离合机构13、14、25、26、37、38的作用下不做转动，行星惰轮19和行星轮12只能克服阻力机机9、10、11、16、17、18的阻力自转并带动环轮5及其后部的机构转动而工作。此时环轮5以及动力输出轴36的转速最低而扭力最大，相当于汽车的最低速。
当汽车开动后速度逐渐加快的同时，反映在环轮5的转动阻力逐渐减小，这时行星惰轮19和行星轮12在阻力机构9、10、11、16、17、18的阻力作用下自转速度也逐渐减慢的同时而随轮架14、27的公转速度加快，同时环轮5及其动力输出轴36的转动速度也加快。
随汽车前进速度的不断提高，反映在环轮5上的转动阻力进一步的减小，当此转动阻力减小到一定程度时，在阻力机构9、10、11、16、17、18的作用下行星惰轮19和行星轮12不再自转而只随轮架14、27公转并带动环轮5及其动力输出轴36转动并输出动力。此时环轮5，轮架14、27中心轮23为同步转动。此时输出的转速最高，而扭力为最小，相当于汽车的最高速。
当汽车前进中遇有较大阻力或上坡，使行驶阻力增大的同时，环轮5的转动阻力也增大，此时单向离合机构的辣爪25在棘爪簧37的作用下及时的卡入前侧架14的棘轮齿13上，使其锁住不能倒转。
当汽车需要倒车时，驾驶员将换档杆向前推，通过换档拨叉32将换档齿轮34由空档位置向后滑，使换档齿轮34的倒档齿啮入倒档齿轮2上。此时，动力由环轮5的倒档主动齿轮30经倒档常啮齿轮4及倒档齿轮2传给换档齿轮34，再由换档齿轮34通过其上的滑键传给动力输出轴36，使倒车与前进具有同等的无级自动的变速范围。
综上所述，汽车从起步到最高速之间可平稳柔顺无级自动的变化车速，在行驶中驾驶员用油门控制车速的快慢，当行驶阻力增大时能自动增加扭矩，当行驶阻力减小时能自动增加车速，使无级自动变速器始终保持最高的传动效率。